纤维素纳米纤维/聚乳酸复合材料的制备及其在3D打印上的应用
发布时间：2022-12-07 18:34
纤维素作为可再生的天然高分子,具有极好的生物相容性、降解性等特点,其精细化产物纳米纤维素除具有上述特征外还具备一些更优异的理化特性,而同样来源于生物质的聚乳酸聚合物强度高、可生物降解,具有传统石油基塑料无法比拟的优势,目前在3D打印领域广泛使用。为改善现有用于3D打印的聚乳酸存在的一些缺陷,通过不同的工艺将纳米纤维素添加到聚乳酸基体中,制备出具有更好性能的3D打印原料就具有重要的现实意义。本研究以微晶纤维素和聚乳酸颗粒为原料,通过酶解结合高压均质的方法制备出了纤维素纳米纤维。分别用溶液共混结合热压成型工艺和熔融共混挤出工艺制备出了纤维素纳米纤维/聚乳酸复合膜以及纤维素纳米纤维/聚乳酸3D打印复合线材。表征和测试结果表明通过酶解高压均质可以制备尺寸均一的纤维素纳米纤维,溶液共混法和熔融共混法都可以将纤维素纳米纤维成功的分散于聚乳酸基体中,纤维素纳米纤维对复合材料的部分性能起到一定的改善和增强效果。制备出的3D打印复合线材打印效果良好。本论文主要分为以下三个部分:（1）通过酶解预处理微晶纤维素,随后高压均质进行处理并控制均质次数,结果表明,酶解2 h的微晶纤维素通过10次均质过程即可得到尺...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 纤维素概述
1.2.1 纤维素的结构
1.2.2 纳米纤维素及其制备方法
1.2.3 纳米纤维素的改性
1.3 纳米纤维素/聚乳酸复合材料制备的研究进展
1.4 3D打印概述
1.4.1 常用3D打印技术的分类
1.4.2 生物基材料应用于3D打印的研究进展
1.5 本课题研究目的和内容
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究内容
1.5.3 本研究创新点
1.5.4 研究路线
第二章 酶解结合高压均质制备纤维素纳米纤维
2.1 引言
2.2 实验材料与仪器
2.2.1 实验材料
2.2.2 仪器设备
2.3 实验方法
2.3.1 纤维素酶解预处理
2.3.2 纤维素纳米纤维（CNF）的制备
2.4 测试与表征
2.4.1 粒度分布
2.4.2 场发射扫描电镜（FE-SEM）分析
2.4.3 透射电镜（TEM）分析
2.4.4 红外光谱（FTIR）分析
2.4.5 X 射线衍射（XRD）分析
2.4.6 热失重（TGA）分析
2.5 实验结果和讨论
2.5.1 原料形态和均质产物沉降性能
2.5.2 粒度分布及比表面积
2.5.3 高压均质后纤维素扫描电镜分析
2.5.4 透射电镜分析
2.5.5 傅里叶红外光谱分析
2.5.6 X射线衍射分析
2.5.7 热稳定性分析
2.6 本章小结
第三章 纤维素纳米纤维/聚乳酸复合材料的制备与表征
3.1 引言
3.2 实验材料与仪器
3.2.1 实验材料
3.2.2 仪器设备
3.3 实验方法
3.3.1 纤维素纳米纤维的制备
3.3.2 纤维素纳米纤维的干燥处理
3.3.3 复合材料的制备
3.4 测试与表征
3.4.1 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析
3.4.2 傅里叶红外光谱（FTIR）分析
3.4.3 紫外/可见分光光度计测试
3.4.4 X 射线衍射（XRD）分析
3.4.5 热失重（TGA）分析
3.4.6 差示扫描量热（DSC）分析
3.4.7 力学性能分析
3.5 结果和讨论
3.5.1 纤维素纳米纤维冷冻干燥及细化处理后形貌
3.5.2 傅里叶红外光谱分析
3.5.3 紫外/可见分光光度计测试
3.5.4 X射线衍射分析
3.5.5 热学性能分析
3.5.6 热稳定性分析
3.5.7 力学性能分析
3.6 本章小结
第四章 聚乳酸/纤维素纳米纤维3D打印复合线材的制备与表征
4.1 引言
4.2 实验材料与仪器
4.2.1 实验材料
4.2.2 仪器设备
4.3 实验方法
4.3.1 纤维素纳米纤维的制备
4.3.2 纤维素纳米纤维的干燥处理
4.3.3 吸水率测试缓冲液配制
4.3.4 聚乙二醇用量对3D打印线材成型的影响
4.3.5 3D打印复合线材的制备
4.4 测试与表征
4.4.1 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析
4.4.2 力学性能分析
4.4.3 红外光谱（FTIR）分析
4.4.4 X-射线衍射（XRD）分析
4.4.5 热失重（TG）分析
4.4.6 差示扫描量热（DSC）分析
4.4.7 等温熔体结晶行为分析
4.4.8 吸水率测试
4.4.9 FDM打印机打印测试
4.5 结果与讨论
4.5.1 复合线材拉伸性能及断面形貌
4.5.2 傅里叶红外光谱分析
4.5.3 X射线衍射分析
4.5.4 热稳定性分析
4.5.5 差示扫描量热分析
4.5.6 等温熔体结晶行为分析
4.5.7 吸水率测试
4.5.8 FDM 3D打印机测试
4.6 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表的学术论文及其他科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同相对分子质量聚乙二醇增塑聚乳酸共混物的制备与性能[J]. 吴盾,李会丽,陆颖,周安,曹峥,刘春林. 高分子材料科学与工程. 2017(05)
[2]3D打印生物质基复合材料研究进展及应用前景[J]. 刘俊,孙璐姗,王钱钱,孙建中. 生物产业技术. 2017(03)
[3]杂交狼尾草中纳米纤维素的提取和表征[J]. 张孟贺,常福祥,钟小仙,孙建中,乔冠军. 材料开发与应用. 2017(01)
[4]UVA及UVB诱导人皮肤光生物学反应差异的研究进展[J]. 胡青梅,景海霞,雷铁池. 临床与病理杂志. 2017(01)
[5]纳米原纤化纤维素物化特性表征[J]. 张美云,刘强,李金宝. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[6]杨木木粉/聚乳酸复合材料的制备及其在3D打印上的应用[J]. 许民,毕永豹,宋永明. 科技导报. 2016(19)
[7]毛竹纳米纤维素的烷基化改性[J]. 何文,李吉平,金辉,田佳西. 南京林业大学学报(自然科学版). 2016(02)
[8]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[9]TEMPO/NaBr/NaClO氧化对纳米微晶纤维素性能的影响[J]. 姚文润,徐清华,靳丽强,程正亮,高扬. 林产化学与工业. 2015(02)
[10]干燥方式对再生纳米纤维素结构及性能的影响[J]. 刘欢,尹婵,魏晓奕,李积华,李特,王飞. 化工新型材料. 2015(02)
博士论文
[1]纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及增容机理研究[D]. 王璇.北京林业大学 2016
硕士论文
[1]聚乳酸/纳米纤维素复合材料结构、性能及超临界CO2发泡研究[D]. 林梦霞.郑州大学 2014
[2]离子液体中再生纤维素膜的制备及性能研究[D]. 张晓艳.广西大学 2013
[3]聚乳酸/乙酰化纳米纤维素晶须复合材料的制备及其性能研究[D]. 邢博.石家庄铁道大学 2013
本文编号：3712633
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 纤维素概述
1.2.1 纤维素的结构
1.2.2 纳米纤维素及其制备方法
1.2.3 纳米纤维素的改性
1.3 纳米纤维素/聚乳酸复合材料制备的研究进展
1.4 3D打印概述
1.4.1 常用3D打印技术的分类
1.4.2 生物基材料应用于3D打印的研究进展
1.5 本课题研究目的和内容
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究内容
1.5.3 本研究创新点
1.5.4 研究路线
第二章 酶解结合高压均质制备纤维素纳米纤维
2.1 引言
2.2 实验材料与仪器
2.2.1 实验材料
2.2.2 仪器设备
2.3 实验方法
2.3.1 纤维素酶解预处理
2.3.2 纤维素纳米纤维（CNF）的制备
2.4 测试与表征
2.4.1 粒度分布
2.4.2 场发射扫描电镜（FE-SEM）分析
2.4.3 透射电镜（TEM）分析
2.4.4 红外光谱（FTIR）分析
2.4.5 X 射线衍射（XRD）分析
2.4.6 热失重（TGA）分析
2.5 实验结果和讨论
2.5.1 原料形态和均质产物沉降性能
2.5.2 粒度分布及比表面积
2.5.3 高压均质后纤维素扫描电镜分析
2.5.4 透射电镜分析
2.5.5 傅里叶红外光谱分析
2.5.6 X射线衍射分析
2.5.7 热稳定性分析
2.6 本章小结
第三章 纤维素纳米纤维/聚乳酸复合材料的制备与表征
3.1 引言
3.2 实验材料与仪器
3.2.1 实验材料
3.2.2 仪器设备
3.3 实验方法
3.3.1 纤维素纳米纤维的制备
3.3.2 纤维素纳米纤维的干燥处理
3.3.3 复合材料的制备
3.4 测试与表征
3.4.1 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析
3.4.2 傅里叶红外光谱（FTIR）分析
3.4.3 紫外/可见分光光度计测试
3.4.4 X 射线衍射（XRD）分析
3.4.5 热失重（TGA）分析
3.4.6 差示扫描量热（DSC）分析
3.4.7 力学性能分析
3.5 结果和讨论
3.5.1 纤维素纳米纤维冷冻干燥及细化处理后形貌
3.5.2 傅里叶红外光谱分析
3.5.3 紫外/可见分光光度计测试
3.5.4 X射线衍射分析
3.5.5 热学性能分析
3.5.6 热稳定性分析
3.5.7 力学性能分析
3.6 本章小结
第四章 聚乳酸/纤维素纳米纤维3D打印复合线材的制备与表征
4.1 引言
4.2 实验材料与仪器
4.2.1 实验材料
4.2.2 仪器设备
4.3 实验方法
4.3.1 纤维素纳米纤维的制备
4.3.2 纤维素纳米纤维的干燥处理
4.3.3 吸水率测试缓冲液配制
4.3.4 聚乙二醇用量对3D打印线材成型的影响
4.3.5 3D打印复合线材的制备
4.4 测试与表征
4.4.1 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析
4.4.2 力学性能分析
4.4.3 红外光谱（FTIR）分析
4.4.4 X-射线衍射（XRD）分析
4.4.5 热失重（TG）分析
4.4.6 差示扫描量热（DSC）分析
4.4.7 等温熔体结晶行为分析
4.4.8 吸水率测试
4.4.9 FDM打印机打印测试
4.5 结果与讨论
4.5.1 复合线材拉伸性能及断面形貌
4.5.2 傅里叶红外光谱分析
4.5.3 X射线衍射分析
4.5.4 热稳定性分析
4.5.5 差示扫描量热分析
4.5.6 等温熔体结晶行为分析
4.5.7 吸水率测试
4.5.8 FDM 3D打印机测试
4.6 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表的学术论文及其他科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同相对分子质量聚乙二醇增塑聚乳酸共混物的制备与性能[J]. 吴盾,李会丽,陆颖,周安,曹峥,刘春林. 高分子材料科学与工程. 2017(05)
[2]3D打印生物质基复合材料研究进展及应用前景[J]. 刘俊,孙璐姗,王钱钱,孙建中. 生物产业技术. 2017(03)
[3]杂交狼尾草中纳米纤维素的提取和表征[J]. 张孟贺,常福祥,钟小仙,孙建中,乔冠军. 材料开发与应用. 2017(01)
[4]UVA及UVB诱导人皮肤光生物学反应差异的研究进展[J]. 胡青梅,景海霞,雷铁池. 临床与病理杂志. 2017(01)
[5]纳米原纤化纤维素物化特性表征[J]. 张美云,刘强,李金宝. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[6]杨木木粉/聚乳酸复合材料的制备及其在3D打印上的应用[J]. 许民,毕永豹,宋永明. 科技导报. 2016(19)
[7]毛竹纳米纤维素的烷基化改性[J]. 何文,李吉平,金辉,田佳西. 南京林业大学学报(自然科学版). 2016(02)
[8]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[9]TEMPO/NaBr/NaClO氧化对纳米微晶纤维素性能的影响[J]. 姚文润,徐清华,靳丽强,程正亮,高扬. 林产化学与工业. 2015(02)
[10]干燥方式对再生纳米纤维素结构及性能的影响[J]. 刘欢,尹婵,魏晓奕,李积华,李特,王飞. 化工新型材料. 2015(02)
博士论文
[1]纳米纤维素改性聚乳酸复合材料及增容机理研究[D]. 王璇.北京林业大学 2016
硕士论文
[1]聚乳酸/纳米纤维素复合材料结构、性能及超临界CO2发泡研究[D]. 林梦霞.郑州大学 2014
[2]离子液体中再生纤维素膜的制备及性能研究[D]. 张晓艳.广西大学 2013
[3]聚乳酸/乙酰化纳米纤维素晶须复合材料的制备及其性能研究[D]. 邢博.石家庄铁道大学 2013
本文编号：3712633
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3712633.html
